Под теплоизоляцией обычно подразумеваются строительные материалы с пористой или волокнистой структурой, занимающие большой объем при минимальном весе. Воздух, находящийся в порах или между волокнами, плохо проводит тепло и обеспечивает теплозащитные свойства материалов. Использование теплоизоляции играет очень важную роль в современной концепции энергосберегающего строительства и позволяет снизить выбросы эмиссий углекислого газа в атмосферу.
Строительно-физические свойства теплоизоляционных материалов зависят от сырья, из которого они изготовлены. Все материалы подразделяются на две большие группы — неорганического (минерального) и органического происхождения. На современном строительном рынке можно найти самые разнообразные теплоизоляционные материалы, каждый из которых по-своему хорош.
Важнейшее качество теплоизоляции — малая теплопроводность. Не менее важны устойчивость к давлению, огнестойкость, способность накапливать тепло и регулировать уровень влажности в помещениях. Все большую роль в последнее время играют экологические качества материалов. Для производства искусственной теплоизоляции нередко требуется много энергии, и зачастую запасы сырья для нее ограничены в природе. Материалы натурального происхождения лишены подобных недостатков, но подходят не для всех областей применения.
Плотность
Одним из основных показателей качества является плотность (соотношение массы материала к его объему (кг/м³)), определяющая теплотехнические характеристики материалов. Низкая плотность предполагает большую пористость. Обширный объем пустот внутри материала снижает его теплопроводность, улучшая теплозащитные свойства. Плотность различных теплоизоляционных материалов обычно варьируется от 20 до 100 кг/м³.
Теплопроводность
Под теплопроводностью подразумевается способность материалов транспортировать тепловую энергию (Вт/(м•К)). Основная задача теплоизоляционных материалов — снизить потери тепла. Чем меньше теплопроводность, тем меньше тепла уходит за пределы здания. Согласно действующим в Германии нормам DIN «Теплозащита и энергосбережение зданий», теплопроводность теплоизоляционных материалов должна быть не более 0,1 Вт/(м•К). Материалы с теплопроводностью от 0,03 до 0,05 Вт/(м•К) считаются хорошими, а с теплопроводностью менее 0,03 Вт/(м•К) — самыми лучшими.
Класс огнестойкости
Все строительные материалы, включая теплоизоляционные, подразделяются на два класса огнестойкости. К классу А относятся несгораемые материалы, а к классу В — воспламеняемые. Несгораемые материалы, в свою очередь, делятся на класс А1 — не содержащие органических добавок, неспособные к возгоранию вообще, и класс А2 — содержащие незначительную часть органических компонентов, способных к горению. Воспламеняемые материалы делятся на класс В1 — трудновоспламеняемые (могут гореть, но после затухания огня не способны возгораться повторно) и В2 — воспламеняемые (могут вторично самостоятельно возгораться, когда пламя уже потушено, и продолжать тлеть).
Минеральное волокно
Фото:Saint Gobain, Deutsche Rockwool
Неорганический теплоизоляционный материал
Теплоизолятор производят из кварцевого песка, расплавленного вместе с частицами стекла, охлажденного и измельченного в порошок, который затем смешивается с углеродом и в процессе обжига образует материал с пористой структурой. Материал выпускается в форме плит, которые можно легко разрезать ручной пилой прямо на стройплощадке. С помощью битума или клея плиты приклеивают на ровное основание. Пеностекло выдерживает высокие нагрузки на давление, не впитывает воду, устойчиво к образованию плесени и грибков, морозостойко и долгое время не теряет теплоизоляционных качеств. Пеностекло пригодно для вторичной переработки: старые плиты измельчают до сыпучего материала и используют для теплоизоляции крыш и других плоских горизонтальных поверхностей. При производстве пеностекла затрачивается минимум энергии.
Пеностекло
Фото: Glapor, Foamglas
Неорганический теплоизоляционный материал
Данный вид теплоизоляции включает стекловолокно, состоящее из кварцевого песка, известняка и частиц старого переработанного стекла, и каменное волокно, которое производят из разных видов пород натурального камня: диабаза, доломита и известняка. Материал выпускают в виде плит или матов разных размеров. Теплоизоляция из минеральной ваты эластична, устойчива к образованию грибков и плесени, не портится насекомыми и не разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения. Но материал не выдерживает высоких нагрузок, поэтому фасады обычно облицовываются более жесткими материалами. До 1996 года часть продукции выделяла некоторое количество вредных веществ. Начиная с 1998 года в Германии производятся минеральные волокна, вообще не выделяющие никаких эмиссий.
Минеральная пена
Фото: Epasit, Xella
Неорганический теплоизоляционный материал
Оксиды кальция и кремния с добавками целлюлозы, служащие основой материала, разбавляют водой в определенной пропорции. Полученную смесь заливают в формы и обрабатывают водяным паром под высоким давлением. Затвердевшую пену с пористой структурой разрезают на плиты и пропитывают водозащитными составами. Материал легко подгоняется под нужный размер и приклеивается на любые ровные поверхности. Плиты вбирают избыточную влажность и отдают ее обратно, как только воздух становится более сухим, регулируя таким образом микроклимат в помещениях. Благодаря высокому коэффициенту рН материал устойчив к образованию плесени и пригоден для повторного применения. Минеральная пена производится с минимальными энергозатратами и легко транспортируется.
Вспененный перлит
Фото: Knauf Perlite
Неорганический теплоизоляционный материал
Материал природного происхождения представляет собой стекловидную вулканическую породу, выделяемую на поверхность земли в виде лавы при извержении вулканов. Измельченный перлит превращается в гранулы, которые в 15–20 раз меньше природных образований. Перед применением материал обрабатывают битумом или водоотталкивающими составами. Для изготовления плит измельченный перлит смешивают с целлюлозой и прессуют в специальных формах. Полученную массу разрезают на плиты. Вспененный перлит — легкий, удобный в применении, устойчивый к гниению и образованию плесени и грибков материал, способный воспринимать высокие нагрузки и пригодный для вторичной переработки. Материал достаточно новый, поэтому пока производится немногочисленными компаниями.
Твердый вспененный полистрол
Фото: Bachl, Baumit Bayosan
Органический теплоизоляционный материал
Теплоизоляционные плиты изготовлены из полистирола, стабилизаторов, вспенивающих средств и огнезащитных добавок. В процессе производства смесь из вышеперечисленных компонентов обрабатывается водяным паром, многократно увеличиваясь в объеме. После охлаждения гранулы снова вспениваются до тех пор, пока не превратятся в однородную массу. Полученный материал нарезается на плиты. Тонкие плиты можно разрезать обычными ножницами, толстые — пилой. Для выполнения точных аккуратных разрезов используют электрические инструменты. Поскольку на поверхности плит нет открытых пор, материал не гниет и не впитывает влагу. Однако у вспененного полистирола есть и определенные недостатки: плиты неэластичны и неустойчивы к ультрафиолетовому излучению. При возгорании данного материала могут выделяться вредные вещества.
Вспененный полистирол
Фото: FPX
Органический теплоизоляционный материал
Материал производится из полистирола, вспенивающих средств и огнезащитных добавок. Гранулы полистирола расплавляются в экструдере, смешиваются со вспенивающими средствами и добавками, препятствующими возгоранию, и проходят через дюзы, превращаясь в плоскую ленту определенных ширины и толщины, которую разрезают на отдельные плиты. Материал можно легко резать обычной пилой, однако разрезы оптимального качества получаются только при использовании электроинструментов. Плиты из вспененного полистирола идеально подходят для приклеивания к бетонным поверхностям и последующего оштукатуривания. Материал хорошо впитывает влагу, устойчив к давлению, не гниет и в течение длительного времени не теряет теплоизоляционных качеств. Однако плиты неэластичны и разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения. При горении материала выделяются вредные эмиссии.
Твердый вспененный полиуретан
Фото: Bauder, Bachl
Органический теплоизоляционный материал
Полиуретан — побочный продукт, получаемый при переработке нефти. При изготовлении плит к нему добавляются вспенивающие и огнезащитные средства. Все исходные компоненты смешиваются и выходят на конвейер через дюзы в виде ленты, к которой приклеивается верхний слой из сетки, битумного полотна или пленки. Существует и другая технология, при которой вспененная смесь заливается в формы, а после затвердевания разрезается на отдельные плиты. Для изготовления плит используется полиуретан, модифицированный специальными добавками, который не разрушается под воздействием высоких температур и полностью отвечает требованиям пожарной безопасности. Плиты из полиуретана способны воспринимать высокие нагрузки, устойчивы к гниению и образованию плесени и грибков, легко обрабатываются обычными строительными инструментами и пригодны к повторному использованию. При возгорании материала выделяются токсичные газы.
Древесно-волокнистые плиты
Фото: Gutex, Homatherm
Органический теплоизоляционный материал
Древесно-волокнистые плиты производят из древесной стружки и других отходов деревообрабатывающих предприятий. К стружке и опилкам добавляют вяжущие вещества, огнезащитные средства и средства против древесных жучков. Сырье измельчают и расщепляют на отдельные волокна. При «сухой» технологии волокна перемешивают с латексным клеем и прессуют в плиты, а при «мокрой» — смешивают с водой и добавками до вязкой консистенции, а потом прессуют и высушивают. Для склеивания волокон друг с другом используются специальные смолы. Для резки плит подходят обычные инструменты для работы с деревом. Древесно-волокнистые плиты с открытыми порами регулируют уровень влажности в помещениях и способны компенсировать деформации прилегающих к ним деревянных конструкций. Древесной стружкой можно заполнять пустоты между элементами каркаса строительных конструкций.
Пробка
Фото: Deutscher Korkverband
Органический теплоизоляционный материал
Исходным сырьем для данного материала служит кора пробкового дуба или пробковая крошка, прошедшая вторичную переработку. Пробка измельчается в порошок и обрабатывается горячим паром под высоким давлением, полученная масса прессуется в специальных формах, а после затвердевания режется на отдельные плиты. В качестве связующего выступает натуральная пробковая смола, а огнезащитные добавки не используются. Незначительная порция битума выполняет функцию пропитки. Плиты можно резать пилой, но добиться точного и аккуратного разреза сложно из-за высокой эластичности материала. Легкие пробковые плиты хорошо пропускают воздух, не гниют, устойчивы к образованию плесени и грибков. Бывшие в употреблении плиты можно переработать в крошку и повторно изготовить теплоизоляционный материал. Пробковая кора поставляется в основном из Португалии, поэтому значительное время занимает транспортировка.
Волокна целлюлозы
Фото: Isoflock
Органический теплоизоляционный материал
Данный теплоизолятор производят из старой измельченной бумаги. К полученной массе добавляют связующие, обрабатывают горячим паром под высоким давлением и прессуют в плиты. Для повышения огнестойкости материала в него добавляют соли бора. Плиты просты в применении, легко режутся и перерабатываются. Сыпучей массой из целлюлозных волокон заполняют отведенные под теплоизоляцию пустоты в строительных конструкциях. Материалы из волокон целлюлозы хорошо пропускают воздух, устойчивы к образованию плесени и грибков, но быстро намокают, поэтому нуждаются в защите от влаги. Материал пригоден для вторичной переработки, производится в больших количествах и не требует много времени на транспортировку. При производстве волокон целлюлозы затрачивается сравнительно мало энергии.
Пенька
Фото: Hock Thermohanf
Органический теплоизоляционный материал
На основе натурального пенькового волокна выпускают различные теплоизоляционные материалы — плиты, маты и пр. С помощью специального оборудования волокна связываются в пучки, смачиваются водой и превращаются в войлок. Волокнистая структура материала обеспечивает его прочность и эластичность, а огнестойкость улучшается за счет добавок солей бора. Плиты и маты можно разрезать обычной ручной или электрической пилой. Материалы на основе пеньки не препятствуют воздушному обмену, позволяя стенам и крышам «дышать», при этом устойчивы к образованию плесени и грибков. Однако основной недостаток материала — неспособность воспринимать нагрузки на давление. Зато теплоизоляцию из пеньки можно использовать повторно неограниченное количество раз.
Овечья шерсть
Фото: Doschawolle
Органический теплоизоляционный материал
Данный теплоизоляционный материал частично состоит из новой овечьей шерсти, а частично — из шерсти, прошедшей вторичную переработку. Исходное сырье промывают с помощью мыла и соды, а потом перерабатывают в волокна или войлок. Маты большой толщины армируют волокнами из полиэстера. Добавки солей бора защищают материал от возгорания. Материалы на основе натуральной овечьей шерсти легко обрабатываются, они эластичны, долговечны и устойчивы к образованию плесени и грибков. Они могут впитывать влагу в объеме до 33% собственного веса и отдавать ее обратно, как только воздух в помещении становится сухим, регулируя таким образом микроклимат жилища. Материал пригоден для вторичной переработки. Овечья шерсть поставляется из Новой Зеландии, поэтому транспортировка занимает довольно много времени.
Солома
Фото: Fasba/Scharmer
Органический теплоизоляционный материал
В качестве исходного сырья используется солома ржи, пшеницы, овса и ячменя. Материал собирают, прессуют в форме рулонов и обвязывают шнурами, сеткой или металлической проволокой. Такие рулоны могут выступать в качестве теплоизоляции или самонесущей конструкции, воспринимающей статические нагрузки и выполняющей одновременно функцию теплозащиты. Материал можно оштукатуривать и облицовывать. Во время строительства теплоизоляцию из соломы нужно защищать от влажности, иначе на ней могут образовываться плесень и грибки. Для изготовления рулонов потребуется только энергия для прессования.
Водоросли
Фото: TU Dresden, Seegras-Shop
Органический теплоизоляционный материал
Как известно, водоросли произрастают во всех морях мира. Растения с длинными тонкими листьями и слабой корневой системой особенно активно развиваются летом и осенью, когда их и собирают. Собранные водоросли высушивают, измельчают и перерабатывают для изготовления плит или материала сыпучей консистенции. Последний вариант может использоваться застройщиками при самостоятельном строительстве без привлечения профессионалов. Благодаря содержанию морской соли в водорослях они не нуждаются в дополнительных огнезащитных добавках. Материалы на основе водорослей не гниют, устойчивы к образованию плесени и грибков, при этом регулируют уровень влажности в помещениях. Чтобы сделать морские побережья более привлекательными для туристов, водоросли постоянно собирают и в больших количествах вывозят на поля, где их сушат и только потом пускают в производство.
